Das Hubble-Weltraumteleskop befindet sich seit 28 Jahren im Weltraum und produziert einige der schönsten und wissenschaftlich wichtigsten Bilder des Kosmos, die die Menschheit jemals aufgenommen hat. Aber seien wir ehrlich, Hubble wird alt und es wird wahrscheinlich nicht mehr lange bei uns sein.
Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA befindet sich in der letzten Testphase, und WFIRST wartet in den Startlöchern. Sie werden froh sein zu wissen, dass noch mehr Weltraumteleskope in Arbeit sind, ein Satz von vier leistungsstarken Instrumenten im Design, die Teil der nächsten Dekadischen Umfrage sein werden und dazu beitragen, die grundlegendsten Fragen zum Kosmos zu beantworten.
Ich weiß, ich weiß, das James Webb-Weltraumteleskop hat noch nicht einmal den Weltraum erreicht, und es könnte noch weitere Verzögerungen geben, während es seine aktuelle Testrunde durchläuft. Zum Zeitpunkt der Aufnahme dieses Videos sieht es aus wie im Mai 2020, aber Sie wissen, dass es zu Verzögerungen kommen wird.
Und dann ist da noch WFIRST, das Weitwinkel-Infrarot-Weltraumteleskop, das tatsächlich aus einem alten Teleskop der Hubble-Klasse besteht, das das National Reconnaissance Office nicht mehr benötigte. Das Weiße Haus will es absagen, der Kongress hat es gerettet, und jetzt lässt die NASA Teile davon bauen. Vorausgesetzt, es kommt nicht zu weiteren Verzögerungen, planen wir einen Start Mitte der 2020er Jahre.
Ich habe tatsächlich eine Episode über Superteleskope gemacht und über James Webb und WFIRST gesprochen. Wenn Sie also mehr über diese Observatorien erfahren möchten, lesen Sie dies zuerst.
Heute werden wir weiter in die Zukunft gehen und uns die Teleskope der nächsten Generation ansehen. Diejenigen, die nach dem Teleskop gestartet werden könnten, das nach dem nächsten Teleskop gestartet wird.
Bevor ich mich mit diesen Missionen befasse, muss ich über die Dekadische Umfrage sprechen. Dies ist ein Bericht, der von der US-amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften für den Kongress und der NASA erstellt wurde. Es ist im Wesentlichen eine Wunschliste von Wissenschaftlern bis zur NASA, die die größten Fragen definiert, die sie auf ihrem Gebiet der Wissenschaft haben.
Auf diese Weise kann der Kongress Budgets zuweisen und die NASA Missionsideen entwickeln, mit denen möglichst viele dieser wissenschaftlichen Ziele erreicht werden können.
Diese Untersuchungen werden alle zehn Jahre durchgeführt und bringen Komitees aus den Bereichen Geowissenschaften, Planetenwissenschaften und Astrophysik zusammen. Sie stellen Ideen vor, streiten, stimmen ab und einigen sich schließlich auf eine Reihe von Empfehlungen, die die wissenschaftlichen Prioritäten für das nächste Jahrzehnt definieren werden.
Wir befinden uns derzeit im dekadischen Erhebungszeitraum 2013-2022. In wenigen Jahren wird die nächste Erhebung fällig sein und die Missionen von 2023-2032 definieren. Ich weiß, das klingt wirklich nach einer fernen Zukunft, aber die Zeit läuft ab, um die Band wieder zusammenzubringen.
Wenn Sie interessiert sind, werde ich einen Link zur letzten Dekadischen Umfrage einfügen. Es ist ein faszinierendes Dokument und Sie werden ein besseres Gefühl dafür bekommen, wie Missionen zusammenkommen.
Wir sind noch ein paar Jahre vom endgültigen Dokument entfernt, aber ernsthafte Vorschläge für Weltraumteleskope der nächsten Generation sind in Planung und sie sind großartig. Reden wir über sie.
HabEx
Die erste Mission, die wir uns ansehen werden, ist HabEx oder die Habitable Exoplanet Imaging Mission. Dies ist ein Raumschiff, das Planeten, die andere Sterne umkreisen, direkt fotografiert. Es wird auf alle Arten von Planeten abzielen, von heißen Jupitern bis zu Supererden, aber sein Hauptziel wird es sein, erdähnliche Exoplaneten zu fotografieren und ihre Atmosphäre zu messen.
Mit anderen Worten, HabEx wird versuchen, Lebenssignale auf Planeten zu erkennen, die andere Sterne umkreisen.
Um dies zu erreichen, muss HabEx das Licht des Sterns blockieren, damit viel schwächere Planeten in der Nähe sichtbar werden können. Es gibt eine und vielleicht zwei Möglichkeiten, dies zu tun.
Der erste verwendet einen Koronagraph. Dies ist ein winziger Punkt, der sich im Teleskop selbst befindet, das sich vor dem Stern befindet und dessen Licht blockiert. Das verbleibende Licht, das durch das Teleskop fällt, kommt von schwächeren Objekten um den Stern herum und kann vom Sensor des Instruments abgebildet werden.
Das Teleskop verfügt über einen speziellen verformbaren Spiegel, der optimiert und abgestimmt werden kann, bis die schwächeren Planeten in Sicht kommen.
Hier ist ein Beispiel eines verwendeten Coronagraphs auf dem Very Large Telescope des European Southern Observatory. Der Zentralstern ist verborgen und zeigt die dimmere Staubscheibe um ihn herum. Hier ist ein direktes Bild eines Braunen Zwergs, der einen Stern umkreist.
Und dies ist eines der dramatischsten Videos, die ich je gesehen habe, mit 4 Jupiter-großen Welten, die um den Stern HR 8799 kreisen. Es ist ein Trick, die Forscher haben die Bewegung der Planeten zwischen den Beobachtungen animiert, aber immer noch, wow.
Die zweite Methode zum Blockieren des Lichts ist die Verwendung eines Sternschattens. Dies ist ein völlig separates Raumschiff, das wie ein Windrad aussieht. Es fliegt Zehntausende von Kilometern vom Teleskop entfernt. Wenn es perfekt positioniert ist, blockiert es das Licht des Zentralsterns und lässt das Licht der Planeten an den Rändern austreten.
Der Trick mit einem Sternschatten sind jene Blütenblätter, die eine weichere Kante erzeugen, so dass die Lichtwellen vom schwächeren Planeten weniger gebogen werden. Dies erzeugt einen sehr dunklen Schatten, der die beste Chance haben sollte, Planeten zu enthüllen.
Im Gegensatz zu den meisten Missionen können solche Starshades mit jedem Observatorium im Weltraum verwendet werden. Hubble, James Webb oder ein anderes Observatorium könnten dieses Instrument nutzen.
Wir haben uns immer darüber beschwert, dass wir nur einen Bruchteil der Planeten mit der Transit- oder Radialgeschwindigkeitsmethode sehen können, weil die Dinge so ausgerichtet sind. Aber mit einer Mission wie HabEx können Planeten in jeder Konfiguration in die richtige Richtung gesehen werden.
Zusätzlich zu dieser Hauptaufgabe wird HabEx auch für eine Vielzahl von Astrophysiken eingesetzt, beispielsweise für die Beobachtung des frühen Universums und die Untersuchung der Chemikalien der größten Sterne vor und nach ihrer Explosion als Supernovae.
Luchs
Als nächstes Lynx, das Röntgenteleskop der nächsten Generation der NASA. Überraschenderweise ist es kein Akronym, sondern nur nach dem Tier benannt. In verschiedenen Kulturen wurde angenommen, dass Luchse die übernatürliche Fähigkeit haben, die wahre Natur der Dinge zu erkennen.
Röntgenstrahlen befinden sich am oberen Ende des elektromagnetischen Spektrums und werden von der Erdatmosphäre blockiert. Sie benötigen daher ein Weltraumteleskop, um sie sehen zu können. Derzeit hat die NASA ihr Chandra-Röntgenobservatorium und die ESA arbeitet an ihrer ATHENA-Mission, die 2028 starten soll.
Lynx wird als Partner des James Webb-Weltraumteleskops fungieren, an den Rand des beobachtbaren Universums blicken, die ersten Generationen supermassiver Schwarzer Löcher aufdecken und dabei helfen, ihre Entstehung und Fusionen im Laufe der Zeit aufzuzeichnen. Es wird Strahlung sehen, die vom heißen Gas aus dem frühen kosmischen Netz kommt, als die ersten Galaxien zusammenkamen.
Und dann wird es verwendet, um die Arten von Objekten zu untersuchen, auf die sich Chandra, XMM Newton und andere Röntgenobservatorien konzentrieren: Pulsare, Galaxienkollisionen, Kollapsare, Supernovae, Schwarze Löcher und mehr. Selbst normale Sterne können Röntgenfackeln abgeben, die uns mehr über sie erzählen.
Die überwiegende Mehrheit der Materie des Universums befindet sich in Gaswolken, die so heiß sind wie eine Million Kelvin. Wenn Sie das Universum so sehen möchten, wie es wirklich ist, möchten Sie es in Röntgenstrahlen betrachten.
Röntgenteleskope unterscheiden sich von Observatorien für sichtbares Licht wie Hubble. Sie können nicht nur einen Spiegel haben, der Röntgenstrahlen reflektiert. Stattdessen verwenden Sie Spiegel mit streifendem Einfall, die Photonen, die auf sie treffen, leicht umleiten und zu einem Detektor leiten können.
Mit einem 3-Meter-Außenspiegel, dem Startteil des Trichters, bietet er die 50-100-fache Empfindlichkeit bei 16-fachem Sichtfeld und sammelt Photonen mit der 800-fachen Geschwindigkeit von Chandra.
Ich bin mir nicht sicher, was ich sonst noch sagen soll. Es wird ein Monster-Röntgenobservatorium sein. Vertrauen Sie mir, Astronomen halten dies für eine sehr gute Idee.
Ursprünge Weltraumteleskop
Als nächstes das Origins Space Telescope oder OST. Wie James Webb und das Spitzer-Weltraumteleskop wird OST ein Infrarot-Teleskop sein, mit dem einige der coolsten Objekte im Universum beobachtet werden können. Aber es wird noch größer. Während James Webb einen Primärspiegel mit einem Durchmesser von 6,5 Metern hat, wird der OST-Spiegel einen Durchmesser von 9,1 Metern haben.
Stellen Sie sich ein Teleskop vor, das fast so groß ist wie die größten Bodenteleskope der Erde, aber draußen im Weltraum. Im Weltraum.
Es wird nicht nur groß sein, es wird kalt.
Die NASA konnte Spitzer auf nur 5 Kelvin abkühlen - das sind 5 Grad über dem absoluten Nullpunkt und nur ein wenig wärmer als die Hintergrundtemperatur des Universums. Sie planen, Origins auf 4 Kelvin zu bringen. Es klingt nicht nach viel, ist aber eine große technische Herausforderung.
Anstatt das Raumschiff wie bei Spitzer nur mit flüssigem Helium zu kühlen, müssen sie die Wärme schrittweise mit Reflektoren, Heizkörpern und schließlich einem Kryokühler um die Instrumente selbst abführen.
Mit einem riesigen, kalten Infrarot-Teleskop wird Origins James Webbs Sicht auf die Entstehung der ersten Galaxien übertreffen. Es wird auf die Zeit zurückblicken, als sich die ersten Sterne bildeten, eine Zeit, die Astronomen das Dunkle Zeitalter nennen.
Es wird die Bildung von Planetensystemen und Staubscheiben sehen und direkt die Atmosphäre anderer Planeten beobachten, die nach Biosignaturen suchen, ein Beweis für das Leben dort draußen.
Drei aufregende Missionen, die unser Wissen über das Universum vorantreiben. Aber ich habe das größte und ehrgeizigste Teleskop zum Schluss aufgehoben
LUVOIR
LUVOIR oder der Large UV / Optical / IR Surveyor. James Webb wird ein leistungsstarkes Teleskop sein, aber es ist ein Infrarotinstrument, mit dem kühlere Objekte im Universum wie rotverschobene Galaxien zu Beginn der Zeit oder neu gebildete Planetensysteme betrachtet werden können. Das Origins Space Telescope wird eine bessere Version von James Webb sein.
LUVOIR wird der wahre Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops sein. Es wird ein riesiges Instrument sein, das in Infrarot, sichtbarem Licht und Ultraviolett sehen kann.
Es sind zwei Entwürfe in Arbeit. Eine mit einem Durchmesser von 8 Metern und einem Schwerlastfahrzeug wie dem Falcon Heavy. Und ein anderes Design, das das Space Launch System mit einem Durchmesser von 15 Metern verwenden würde. Das ist 50% größer als das größte erdgestützte Teleskop. Denken Sie daran, Hubble ist nur 2,6 Meter.
Es verfügt über ein weites Sichtfeld und eine Reihe von Filtern und Instrumenten, mit denen Astronomen beobachten können, was sie wollen. Es wird mit einem Koronographen ausgestattet sein, über den wir bereits gesprochen haben, um Planeten direkt zu beobachten und ihre Sterne zu verdecken, einem Spektrographen, um herauszufinden, welche Chemikalien in Exoplanetenatmosphären vorhanden sind, und vielem mehr.
LUVOIR wird ein Allzweckinstrument sein, mit dem Astronomen Entdeckungen in den Bereichen Astrophysik und Planetenforschung machen werden. Zu seinen Fähigkeiten gehören jedoch: die direkte Beobachtung von Exoplaneten und die Suche nach Biosignaturen, die Kategorisierung aller Arten von Exoplaneten, von heißen Jupitern bis zu Supererden.
Es wird in der Lage sein, Objekte im Sonnensystem besser als alles andere zu beobachten - wenn wir dort kein Raumschiff haben, ist LUVOIR eine ziemlich gute Sicht. Hier ist beispielsweise eine Ansicht von Enceladus von Hubble im Vergleich zur Ansicht von LUVOIR.
Es wird in der Lage sein, überall im Universum nach draußen zu schauen, um viel kleinere Strukturen als Hubble zu sehen. Es sieht die ersten Galaxien, die ersten Sterne und hilft bei der Messung der Konzentrationen dunkler Materie im gesamten Universum.
Astronomen verstehen immer noch nicht ganz, was passiert, wenn Sterne genug Masse sammeln, um sich zu entzünden. LUVOIR wird in sternbildende Regionen schauen, durch Gas und Staub spähen und die frühesten Momente der Sternentstehung sowie die Planeten sehen, die sie umkreisen.
Habe ich Sie total und total begeistert von der Zukunft der Astronomie? Gut. Aber hier kommen die schlechten Nachrichten. Es gibt fast keine Chance, dass die Realität dieser Fantasie entspricht.
Anfang dieses Monats kündigte die NASA an, dass Missionsplaner, die an diesen Weltraumteleskopen arbeiten, ihr Budget auf drei bis fünf Milliarden Dollar beschränken müssen. Bisher hatten Planer keine Richtlinien, sie sollten nur Instrumente entwerfen, mit denen die Wissenschaft umgesetzt werden konnte.
Die Ingenieure hatten an Missionsplänen gearbeitet, die für HabEx, Lynx und OST leicht 5 Milliarden US-Dollar überschreiten könnten, und erwogen, LUVOIR mit viel mehr als 20 Milliarden US-Dollar zu unterstützen.
Obwohl der Kongress auf überraschend große Budgets für die NASA gedrängt hat, möchte die Weltraumbehörde, dass ihre Planer konservativ sind. Und wenn man bedenkt, wie über das Budget hinaus und wie spät James Webb geworden ist, ist das nicht ganz überraschend.
James Webb sollte ursprünglich zwischen einem und drei Punkten fünf Milliarden Dollar kosten und zwischen 2007 und 2011 starten. Jetzt sieht es nach 2020 für einen Start aus, die Kosten sind nach einem vom Kongress vorgeschriebenen Budget von 8,8 Milliarden US-Dollar gebrochen, und es ist klar, dass es noch viel gibt der zu erledigenden Arbeit.
In einem kürzlich durchgeführten Schütteltest fanden die Ingenieure Unterlegscheiben und Schrauben, die aus dem Teleskop geschüttelt worden waren. Dies ist kein IKEA-Regal mit übrig gebliebenen Teilen. Diese Stücke sind wichtig.
Obwohl das WFIRST-Teleskop aus dem Hackklotz gerettet wurde, wird es auf 3,9 Milliarden US-Dollar geschätzt, verglichen mit seinem ursprünglichen Budget von 2 Milliarden US-Dollar.
Ein, zwei oder vielleicht sogar alle diese Teleskope werden irgendwann gebaut. Dies ist nach Ansicht der Wissenschaftler am wichtigsten, um die nächsten Entdeckungen in der Astronomie zu machen, aber bereiten Sie sich auf Budgetkämpfe, Kostenüberschreitungen und Zeitverlängerungen vor. Wir werden es besser wissen, wenn alle Studien 2019 zusammenkommen.
Es würde eine Art technisches Wunder erfordern, wenn alle vier Teleskope pünktlich und im Rahmen des Budgets zusammenkommen würden, um 2035 gemeinsam in den Weltraum zu fliegen. Ich werde Sie auf dem Laufenden halten.
